(57)【要約】【課題】構造体の振動を抑制する制振手段のための格別な設置空間を要せず、しかも製造費の低廉なステージ駆動制御方式を提供する。【解決手段】ステージ駆動制御方式は駆動制御回路１、振動検出器１１、リニアモータ１２及び位置検出器１３でなる。駆動制御回路１は、リニアモータ１２の駆動を制御する。リニアモータ１２は、固定子及びステージ（可動子）を有し、位置指令信号１０１で指令される位置にステージを搬送する。このステージ駆動制御方式は、ステージを錘として作用させ、また固定子をアクチュエータとして作用させるので、アクティブマスダンパ機能を有する制振手段であって、しかも制振のための格別な錘及びアクチュエータを要しない。【選択図】      図１
2006141138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステージと固定子からなるリニアモータが構造体上に設置され、該構造体が除振マウント上に載置され、該リニアモータの駆動により該ステージの位置を制御するステージ駆動制御方式において、
前記ステージの搬送位置を検出し、該搬送位置を現す搬送位置信号を生成する位置検出器と、
外部より入力される前記搬送位置を指令する位置指令信号と、前記構造体に設置された振動検出器により検出される該構造体の振動状態信号と、前記搬送位置信号とを含む情報入力を受けて、前記ステージの駆動制御を行うための駆動電流を前記リニアモータに出力する駆動制御回路と
を有し、
前記駆動制御回路は、前記リニアモータを制御することにより、前記ステージを駆動する駆動機能と、前記構造体に対する制振機能とを併せ有する
ことを特徴とするステージ駆動制御方式。
【請求項２】
前記駆動制御回路は、前記振動状態信号を受けて、該構造体の振動を抑制する制振信号を生成するアクティブマスダンパ制御器と、
前記位置指令信号と前記搬送位置信号とを受けて、該位置指令信号より該搬送位置信号を減算してなる位置誤差信号を生成する減算器と、
前記位置誤差信号を受けて、前記リニアモータに対する位置制御信号を生成する位置制御器と、
前記搬送位置信号を微分して微分出力を生成する微分器と、
前記制振信号と前記位置制御信号との加算値より前記微分出力を減算して出力する加減算器と、
前記加減算器の出力を受けて、前記リニアモータに対する速度制御信号を生成する速度制御器と、
前記速度制御信号を増幅して、前記リニアモータを駆動するための駆動電流を生成する増幅器と
を備えて構成される請求項１に記載のステージ駆動制御方式。
【請求項３】
前記アクティブマスダンパ制御器および前記位置制御器のゲインが可変であり、
前記アクティブマスダンパ制御器のゲインは、前記リニアモータの加速区間および減速区間においては該リニアモータの定速区間および停止区間におけるよりも小さく、
前記位置制御器のゲインは、前記リニアモータの加速区間および減速区間においては該リニアモータの定速区間および停止区間におけるよりも大きい
ことを特徴とする請求項２に記載のステージ駆動制御方式。
【請求項４】
前記駆動制御回路は、前記振動状態信号を受けて、該構造体の振動を抑制する制振信号を生成するアクティブマスダンパ制御器と、
前記位置指令信号を微分し、第1の微分出力を生成する第１の微分器と、
前記制振信号と第１の微分出力とを加算し、加算出力を生成する加算器と、
前記位置指令信号と前記搬送位置信号とを受けて、該位置指令信号より該搬送位置信号を減算してなる位置誤差信号を生成する減算器と、
前記位置誤差信号を受けて、前記リニアモータに対する位置制御信号を生成する位置制御器と、
前記搬送位置信号を微分して第２の微分出力を生成する第２の微分器と、
前記加算器出力と前記位置制御信号との加算値より第２の微分出力を減算して出力する加減算器と、
前記加減算器の出力を受けて、前記リニアモータに対する速度制御信号を生成する速度制御器と、
前記速度制御信号を増幅して、前記リニアモータを駆動するための駆動電流を生成する増幅器と
を備えて構成される請求項１に記載のステージ駆動制御方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアモータの可動子であるステージの駆動を制御するステージ駆動制御方式に関し、特に半導体製造装置用シリコンウェハ搬送手段等としてリニアモータが用いられ、リニアモータの振動の抑制の機能を有するステージ駆動制御方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば半導体製造装置等においては、シリコンウェハの搬送、または露光などの際に使用されるステージの駆動モータとしては、通常リニアモータが用いられている。リニアモータは固定子と可動子とでなる。固定子は磁石とレールとでなり、可動子は固定子の磁石との相互作用による力を受け、レールに案内されて移動する。半導体製造装置等の分野では、可動子は、シリコンウェハ等の搬送物が上面に載置される台として機能するので、ステージと称されることが多い。そこで、本願では可動子をステージと称することとする。シリコンウェハを搬送するリニアモータの稼動時においては、リニアモータが載置されている構造体に振動状態が発生し、シリコンウェハの位置決めに支障が生じる。
【０００３】
図５は、従来のステージ駆動制御方式を備えるリニアモータシステム示すブロック図であり、本図のステージ駆動制御方式は特許文献１（特開２００２−０６１７０３）に開示されたものと実質的に同様な構成である。また図６は、図５のリニアモータシステムを構造体１６上に設置した状態を示す模式図である。本リニアモータシステムは、振動検出器１１と、リニアモータ１２と、位置検出器１３と、駆動制御回路２１と、アクティブマスダンパ制御器２２と、アクチュエータ１８と、錘１９と、構造体１６と、除振マウント１７とを有してなる。リニアモータ１２は固定子１４及びステージ１５でなる（図６）。図６に示すように、図５のリニアモータ１２（固定子１４及びステージ１５）及び振動検出器１１は構造体１６に設置され、構造体１６は除振マウント１７上に載置されている。位置検出器１３は、固定子１４と同じ筐体に内蔵されており、図６には現われていない。
【０００４】
駆動制御回路２１は、減算器３、位置制御器５、微分器７、減算器２８、速度制御器９および増幅器１０でなる。駆動制御回路２１は、リニアモータ１２に対するステージ駆動制御手段として機能する。振動検出器１１は、構造体１６の振動状態を検出する。リニアモータ１２の固定子１４は、駆動制御回路２１から出力される駆動電流１１０を受けて、ステージ１５の駆動制御を行う。位置検出器１３は、ステージ１５の搬送位置を検出する。振動検出器１１は、位置センサと１軸の加速度センサとから構成されている。駆動制御回路２１において、減算器３、位置制御器５、減算器２８、速度制御器９、増幅器１０、リニアモータ１２及び位置検出器１３は、位置制御ループを構成している。また、駆動制御回路２１において、微分器７、減算器２８、速度制御器９、増幅器１０、リニアモータ１２及び位置検出器１３は、速度制御ループを構成している。リニアモータ（固定子１４及びステージ１５）、駆動制御回路２１及び位置検出器１３は、ステージ駆動制御方式を構成している。
【０００５】
次に、図５を参照して、従来のステージ駆動制御方式を備えるリニアモータシステムの稼動時における動作について説明する。リニアモータ１２により、図６のステージ１５を搬送するための駆動制御が行われている稼動状態においては、外部よりステージ１５の搬送位置を指令する位置指令信号１０１が駆動制御回路２１に入力されており、位置指令信号１０１は減算器３に入力される。減算器３には、リニアモータ１２の稼動に伴う搬送位置１１２を位置検出器１３により検出した搬送位置信号１１３も入力される。減算器３は、これらの位置指令信号１０１と搬送位置信号１１３との減算処理を行い、その差を表す位置誤差信号１０３を出力する。位置制御器５は、位置誤差信号１０３を所定レベルに増幅し、位置制御信号１０５として出力する。
【０００６】
位置検出器１３より出力される搬送位置信号１１３は、微分器７において微分され、微分出力１０７として減算器２８に入力される。減算器２８は、位置制御信号１０５から微分出力１０７を減算する減算を行う。速度制御器９は、減算器２８の出力１０８を受け、リニアモータ１２の速度を制御する速度制御信号１０９を生成する。増幅器１０は、リニアモータ１２を駆動する電力増幅機能を有しており、速度制御信号１０９を増幅し、駆動電流１１０を生成する。リニアモータ１２は、増幅器１０の出力の駆動電流１１０を固定子１４に受け、ステージ１５を直線的に移動させ、ステージ１５に搭載されているシリコンウエハ等の搬送物を搬送する。ここまで動作の説明をした駆動制御回路２１の作用により、ステージ１５の位置は、位置指令信号１０１に追随して変位する。ステージ１５の搬送位置１１２は位置検出器１３で検出され、位置検出器１３は検出位置を表す搬送位置信号１１３を出力する。
【０００７】
図５の駆動制御回路２１は、前述のとおり、位置検出器１３において検出されるリニアモータ１２の搬送位置信号１１３を減算器３に負帰還する位置制御ループを有し、また搬送位置信号１１３の微分出力１０７を減算器２８に負帰還する速度制御ループも有している。
【０００８】
振動検出器１１は、リニアモータ１２がステージ１５から受ける反力に起因して構造体１６に生じる振動を検知し、その検知した振動を振動状態信号１１１として出力する。アクティブマスダンパ制御器２２は、振動状態信号１１１を受けて、構造体１６の振動が最も小さくなるように、アクチュエータ１８を動作させる制振信号１２２を生成する。アクチュエータ１８は、制振信号１２２で指示された位相、周波数および振幅の振動１１８を錘１９に与える。錘１９は、振動の反動動作により構造体１６の振動を低減する。
【０００９】
図５及び図６を参照して上に説明した、従来のステージ駆動制御方式を備えるリニアモータシステムでは、位置指令信号１０１に応じてリニアモータ１２を駆動するリニアモータ駆動手段として駆動制御回路２１を備え、振動状態信号１１１に基づき構造体１６の振動を減衰させる制振手段として、アクティブマスダンパ制御器２２、アクチュエータ１８及び錘１９を備える。アクチュエータ１８及び錘１９は、アクティブマスダンパを構成している。アクティブマスダンパとは、構造体の揺れとは逆位相の力でマス（錘）を動かすことにより、構造体の揺れを減衰させる動作を行うための装置である。
【００１０】
半導体製造装置では、構造体１６は床からの振動を減衰させるため、除振マウント１７の上に乗っている。シリコンウエハが載せられたステージ１５は固定子１４との相互作用で直線運動をするが、その直線運動の反力により、構造体１６は主に除振マウント１７の共振周波数で揺れる。図５及び図６のリニアモータシステムでは、アクチュエータ１８及び錘１９でなるアクティブマスダンパにより、この揺れを低減している。
【００１１】
前述のとおり、図５及び図６に示したリニアモータシステムでは、ステージ駆動制御方式は、リニアモータ（固定子１４及びステージ１５）、駆動制御回路２１及び位置検出器１３でなる。この従来のステージ駆動制御方式はリニアモータ１２の制御だけを行い、構造体１６の振動を抑制し、ひいてはリニアモータ１２の振動を抑制する制振機能は持たない。そこで、図５及び図６に示したリニアモータシステムは、アクチュエータ１８及び錘１９でなるアクティブマスダンパを、ステージ駆動制御方式とは別に備えることにより、構造体１６の振動を抑制し、ひいてはリニアモータ１２の振動を抑制する制振機能を得ている。
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−０６１７０３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
除振機能を備えた最も基本的なリニアモータシステムとして、パッシブ型除振方式のリニアモータシステムがある。パッシブ型除振方式のリニアモータシステムは、リニアモータが設置される構造体を除振マウントで支える。
【００１４】
これに対し、パッシブ型除振方式のリニアモータシステムにアクティブマスダンパ及びアクティブマスダンパ制御器を付加したものが上述の従来のリニアモータシステム（図５及び図６）である。図５及び図６のリニアモータシステムの除振方式は、アクティブ型除振方式である。このアクティブ型除振方式は、構造体１６の振動を低減するために反動応力を発生させる。その反動応力は、アクティブマスダンパ及びアクティブマスダンパ制御器２で生成している。アクティブマスダンパ及びアクティブマスダンパ制御器２はリニアモータシステムとは独立した空間を占める。アクティブマスダンパはアクチュエータ１８及び錘１９でなる。アクティブマスダンパ制御器２は、構造体１６の振動状態を表す振動状態信号１１１を振動検出器１１から受け、そのアクティブマスダンパに対して制振信号１２２を送出する。このように、従来のステージ駆動制御方式を備えるリニアモータシステムは、ステージ駆動制御方式とは独立して、構造体の制振手段のための格別な設置空間を必要とするから、小型化が難しい。また、アクチュエータは、モータ等でなる能動機器であり、高価である。そこで、従来のステージ駆動制御方式は、安価に製造することが難しかった。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、リニアモータを構造体上に設置するリニアモータシステムに適用されたとき、構造体の制振手段のための格別な設置空間を要せず、しかも製造費の低廉なステージ駆動制御方式を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前述の課題を解決するために本発明は次の手段を提供する。
【００１７】
（１）ステージと固定子からなるリニアモータが構造体上に設置され、該構造体が除振マウント上に載置され、該リニアモータの駆動により該ステージの位置を制御するステージ駆動制御方式において、
前記ステージの搬送位置を検出し、該搬送位置を現す搬送位置信号を生成する位置検出器と、
外部より入力される前記搬送位置を指令する位置指令信号と、前記構造体に設置された振動検出器により検出される該構造体の振動状態信号と、前記搬送位置信号とを含む情報入力を受けて、前記ステージの駆動制御を行うための駆動電流を前記リニアモータに出力する駆動制御回路と
を有し、
前記駆動制御回路は、前記リニアモータを制御することにより、前記ステージを駆動する駆動機能と、前記構造体に対する制振機能とを併せ有する
ことを特徴とするステージ駆動制御方式。
【００１８】
（２）前記駆動制御回路は、前記振動状態信号を受けて、該構造体の振動を抑制する制振信号を生成するアクティブマスダンパ制御器と、
前記位置指令信号と前記搬送位置信号とを受けて、該位置指令信号より該搬送位置信号を減算してなる位置誤差信号を生成する減算器と、
前記位置誤差信号を受けて、前記リニアモータに対する位置制御信号を生成する位置制御器と、
前記搬送位置信号を微分して微分出力を生成する微分器と、
前記制振信号と前記位置制御信号との加算値より前記微分出力を減算して出力する加減算器と、
前記加減算器の出力を受けて、前記リニアモータに対する速度制御信号を生成する速度制御器と、
前記速度制御信号を増幅して、前記リニアモータを駆動するための駆動電流を生成する増幅器と
を備えて構成される前記（１）に記載のステージ駆動制御方式。
【００１９】
（３）前記アクティブマスダンパ制御器および前記位置制御器のゲインが可変であり、
前記アクティブマスダンパ制御器のゲインは、前記リニアモータの加速区間および減速区間においては該リニアモータの定速区間および停止区間におけるよりも小さく、
前記位置制御器のゲインは、前記リニアモータの加速区間および減速区間においては該リニアモータの定速区間および停止区間におけるよりも大きい
ことを特徴とする前記（２）に記載のステージ駆動制御方式。
【００２０】
（４）前記駆動制御回路は、前記振動状態信号を受けて、該構造体の振動を抑制する制振信号を生成するアクティブマスダンパ制御器と、
前記位置指令信号を微分し、第1の微分出力を生成する第１の微分器と、
前記制振信号と第１の微分出力とを加算し、加算出力を生成する加算器と、
前記位置指令信号と前記搬送位置信号とを受けて、該位置指令信号より該搬送位置信号を減算してなる位置誤差信号を生成する減算器と、
前記位置誤差信号を受けて、前記リニアモータに対する位置制御信号を生成する位置制御器と、
前記搬送位置信号を微分して第２の微分出力を生成する第２の微分器と、
前記加算器出力と前記位置制御信号との加算値より第２の微分出力を減算して出力する加減算器と、
前記加減算器の出力を受けて、前記リニアモータに対する速度制御信号を生成する速度制御器と、
前記速度制御信号を増幅して、前記リニアモータを駆動するための駆動電流を生成する増幅器と
を備えて構成される前記（１）に記載のステージ駆動制御方式。
【発明の効果】
【００２１】
上記構成の本発明ステージ駆動制御方式は、リニアモータを構造体上に設置するリニアモータシステムに適用されたとき、構造体の制振手段のための格別な設置空間を必要としないから、小型化が容易であり、制振のための格別なアクチュエータ等の能動機器を要しないから、安価に製造できる。
【００２２】
そこで、パッシブ型除振方式のリニアモータシステムに本発明のステージ駆動制御方式を適用すれば、小型で安価なアクティブ型除振方式のリニアモータシステムを得ることができる。また、本発明のステージ駆動制御方式は、リニアモータシステムとは独立した空間を占めるアクティブマスダンパを要しないから、既存のパッシブ型除振方式のリニアモータシステムに容易に追加でき、ひいては広い範囲のリニアモータシステムに適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
次に図１を参照し、本発明の第１の実施の形態であるステージ駆動制御方式を説明する。図１は、本発明の第1の実施の形態であるステージ駆動制御方式を備えるリニアモータシステムを示すブロック図である。また図２は、図１のリニアモータを構造体１６上に設置した状態のリニアモータシステムを示す模式図である。本ステージ駆動制御方式は、駆動制御回路１と、振動検出器１１と、リニアモータ１２と、位置検出器１３とを有してなる。図２に示すように、図１のリニアモータ１２は構造体１６に設置され、構造体１６は除振マウント１７上に載置されている。位置検出器１３は、リニアモータ１２と同じ筐体に内蔵されており、図２には現われていない。駆動制御回路１は、アクティブマスダンパ制御器２、減算器３、位置制御器５、微分器７、加減算器８、速度制御器９および増幅器１０でなる。駆動制御回路１は、リニアモータ１２に対するステージ駆動制御手段として機能する。振動検出器１１は、構造体１６の振動状態を検出する。リニアモータ１２は、固定子１４及びステージ１５でなり、駆動制御回路１から出力される駆動電流を固定子１４に受け、ステージ１５の駆動制御を行う。位置検出器１３は、ステージ１５の搬送位置を検出する。振動検出器１１は、位置センサと１軸の加速度センサとから構成されている。駆動制御回路１において、減算器３、位置制御器５、加減算器８、速度制御器９、増幅器１０、リニアモータ１２及び位置検出器１３は、位置制御ループを構成している。また、駆動制御回路１において、微分器７、加減算器８、速度制御器９、増幅器１０、リニアモータ１２及び位置検出器１３は、速度制御ループを構成している。
【００２５】
図２に示すように、構造体１６は、床からの振動を減衰させる除振マウント１７上に載置されている。固定子１４及びステージ１５でなるリニアモータ１２は構造体１６に設置され、ステージ１５はリニアモータ１２の可動子であり、駆動制御回路１に外部から供給される位置指令信号１０１により搬送位置が制御される。図６の外観模式図に示される従来例との対比により明らかなように、従来例におけるアクチュエータ１８および錘１９は、図２のリニアモータシステムでは、不要である。
【００２６】
図３は図１のリニアモータ１２の速度、加速度および構造体１６の振動状態の波形を示す図である。図３(ａ) は、リニアモータ１２が加速（区間：０−Ｔ１）、定速（区間：Ｔ１−Ｔ２）および減速（区間：Ｔ２−Ｔ３）の順に動作モードを変えたときにおける速度３１を示す。図３(ｂ)は、同図(ａ)に対応する加速時の加速度３２および減速時の加速度３３を示す。図３(ｃ)は、同図(ｂ) に対応する構造体１６の振動状態の波形３４，３５を示す図である。
【００２７】
次に、図１を参照して、本第１の実施の形態の稼動時における動作について説明する。リニアモータ１２により、図２のステージ１５を搬送するための駆動制御が行われている稼動状態においては、外部よりステージ１５の搬送位置を指令する位置指令信号１０１が駆動制御回路１に入力されており、位置指令信号１０１は減算器３に入力される。減算器３には、リニアモータ１２の稼動に伴う搬送位置１１２を位置検出器１３により検出した搬送位置信号１１３も入力される。減算器３は、これらの位置指令信号１０１と搬送位置信号１１３との減算処理を行い、その差を表す位置誤差信号１０３を出力する。
【００２８】
位置誤差信号１０３は、位置制御器５において所定レベルに増幅され、位置制御信号１０５として出力される。振動検出器１１は、リニアモータ１２がステージ１５から受ける反力に起因して構造体１６に生じる振動を検知し、その検知した振動を振動状態信号１１１として出力する。アクティブマスダンパ制御器２は、振動状態信号１１１を受けて、構造体１６の振動を抑制するように作用する制振信号１０２を生成する。
【００２９】
一方、位置検出器１３より出力される搬送位置信号１１３は、微分器７において微分され、微分出力１０７として加減算器８に入力される。加減算器８は、位置制御信号１０５と制振信号１０２との加算値から、微分出力１０７を減算する加減算処理を行う。速度制御器９は、加減算器８の出力１０８を受け、リニアモータ１２の速度を制御する速度制御信号１０９を生成する。増幅器１０は、リニアモータ１２を駆動する電力増幅機能を有しており、速度制御信号１０９を増幅し、駆動電流１１０を生成する。リニアモータ１２は、増幅器１０の出力の駆動電流１１０で駆動される。ステージ１５は、リニアモータ１２の機械出力で直線的に搬送される。ここまで動作の説明をした駆動制御回路１の作用により、リニアモータ１２はその搬送位置１１２にステージ１５を搬送する。かくして、ステージ１５の位置は、位置指令信号１０１に追随して変位する。
【００３０】
図１の駆動制御回路１は、前述のとおり、位置検出器１３において検出されるリニアモータ１２の搬送位置信号１１３を減算器３に負帰還する位置制御ループを有し、また搬送位置信号１１３の微分出力１０７を加減算器８に負帰還する速度制御ループも有している。
【００３１】
図１の実施の形態では、駆動制御回路１は、位置指令信号１０１に応じてリニアモータ１２を駆動する駆動機能と、振動状態信号１１１に基づき構造体１６の振動を減衰させる制振機能とを併せ有するステージ駆動制御手段として構成してある。このように、リニアモータ１２および位置検出器１３に加えて、この駆動制御回路１を備えて構成されるステージ駆動制御方式は、図５及び図６に示した従来のステージ駆動制御方式と同様にアクティブマスダンパの機能を備え、その機能を有するにも拘わらず、図５及び図６におけるアクチュエータ１８及び錘１９を要しない。従って、図１の実施の形態は、小型化と製造コストの低減とを可能にする。
【００３２】
構造体１６上でリニアモータ１２が動くと、構造体１６は構造体１６を支えている除振マウント１７（バネ製）の固有振動数で揺れる。図１の実施の形態のステージ駆動制御方式で実現するアクティブマスダンパは、この揺れを早く収束させる動作をするためのものである。したがって、本実施の形態のステージ駆動制御方式は、揺れを打ち消すような力を発生させる動きをしながら、ステージ１５を目標位置へ直線運動させる。そして、このステージ駆動制御方式は、ステージ１５が目標位置へ着くと、その位置で構造体１６の揺れを打ち消すような力を発生させる。
【００３３】
図１の実施の形態では、位置指令値（位置指令信号１０１で表される値）による位置制御と振動検出器１１の出力の振動状態信号１１１による制振制御とが同時に行われる。位置指令値でリニアモータ１２の位置を動かそうとする駆動作用と振動状態信号１１１でリニアモータ１２の振動を抑制しようとする制振作用とが同時に起こる。その両作用は相反するもので、位置制御ループのゲインが大きいと制振作用が抑制される。このように、図１の第１の実施の形態は、位置制御系と制振制御系という２つの制御系を有し、各制御系が互いに相反する作用をリニアモー１２に及ぼす複合制御系である。
【００３４】
本発明の第１の実施の形態は、図１の駆動制御回路におけるアクティブマスダンパ制御器２のゲインと位置制御器５のゲインを固定とした複合制御系であり、位置制御ループのゲインとアクティブマスダンパ制御器２のゲインとを適切な比に調整し、位置制御ループによるリニアモータ１２の応答性能とアクティブマスダンパ制御器２による制振性能とのバランスが適切に選択してある。
【００３５】
この第１の実施の形態を変形し、リニアモータ１２の動作モードに応じ、位置制御ループのゲインとアクティブマスダンパ制御器２のゲインとを適切な比に調整することにより、位置制御ループによるリニアモータ１２の応答性能とアクティブマスダンパ制御器２による制振性能とを常に最適に設定することができる。
【００３６】
次に、リニアモータ１２の動作が加速モードか、定速モードか、或るいは減速モードかに応じて、応答性能と制振性能とを適切にバランスさせる第１の実施の形態の変形例につき説明する。リニアモータ１２が図３のように駆動されるとき、リニアモータ１２が動くことによって構造体１６が揺すられるのは加速度を発生している区間、つまり加速区間及び減速区間のみである。リニアモータ１２は加速区間および減速区間に推力を発生しているので、構造体１６は加速区間後の定速区間及び減速区間後の停止時にその推力の反力により揺すられてしまう。
【００３７】
前述のとおり、図３(ａ)はリニアモータ１２の加速区間（０〜Ｔ１）、定速区間（Ｔ１〜Ｔ２）および減速区間(Ｔ２〜Ｔ３)に対応する速度３１を示し、図３(ｂ)は加速時の加速度３２/減速時の加速度３３を示し、図３(ｃ)は同図（ｂ）と同じ加速度３２，３３に加えて、構造体１６の振動状態の波形３４，３５を示している。第１の実施の形態の変形例であるステージ駆動制御方式においては、加速区間と減速区間は制振制御の作用が小さく、位置制御の作用が大きくなるように、アクティブマスダンパ制御器２のゲインＧ２を小さく、位置制御器５のゲインＧ５を大きくし、また定速区間と停止後では、制振制御の作用が大きく、位置制御の作用が小さくなるように、アクティブマスダンパ制御器２のゲインＧ２を大きくして、位置制御器５のゲインＧ５を小さくする。
【００３８】
そのために、アクティブマスダンパ制御器２のゲインＧ２及び位置制御器５のゲインＧ５は次のように制御する。位置検出器１３の出力の搬送位置信号１１３を位置制御器５に帰還する。位置制御器５は、搬送位置信号１１３を微分し、ステージ１５の加速度αを計算し、加速度αに基づきアクティブマスダンパ制御器２の適切なゲインＧ２及び位置制御器５の適切なゲインＧ５を演算し、アクティブマスダンパ制御器２及び位置制御器５に対し該夫々のゲインＧ２及びＧ５を命令するゲインコマンドを生成する。第１の実施の形態の変形例であるステージ駆動制御方式において、位置制御器５からアクティブマスダンパ制御器２へ送るゲインコマンドＧ２は、図1において破線で示してある。アクティブマスダンパ制御器２及び位置制御器５は、該ゲインコマンドに応じて自らのゲインをＧ２及びＧ５に夫々設定する。
【００３９】
この第１の実施の形態の変形例であるステージ駆動制御方式においては、定速区間と停止後においては、アクティブマスダンパ制御器２より出力される制振信号１０２が有効に作用するように制御系が作動し、加速区間と減速区間においては、制振信号１０２よりも位置指令信号１０１が有効に作用するように制御系を作動させ、位置指令信号１０１と制振信号１０２とによる相乗制御作用を有効に発揮させるように、駆動制御回路１の複合制御系におけるゲインをリニアモータ１２の動作モードに応じて制御している。
【００４０】
図４は本発明の第２の実施の形態であるステージ駆動制御方式を示すブロック図である。本ステージ駆動制御方式は、図１の第１の実施の形態における駆動制御回路１に微分器４及び加算器６を加えた構成である。したがって、本実施の形態のステージ駆動制御方式を構造体上に設置した状態を示す模式図は、図１の第１の実施の形態と同じく、図２により示される。そこで、以下では、図１の第１の実施の形態と相違する点を中心に、図４の第２の実施の形態を説明する。なお、微分器４および微分器７は、前述の第１及び第２の微分器にそれぞれ相当する。この図４の第２の実施の形態においても、図１の第１の実施の形態と同じく、減算器３、位置制御器５、加減算器８、速度制御器９、増幅器１０、リニアモータ１２及び位置検出器１３は、位置制御ループを構成し、また微分器７、加減算器８、速度制御器９、増幅器１０、リニアモータ１２及び位置検出器１３は、速度制御ループを構成している。
【００４１】
図４の駆動制御回路１では、微分器４が位置指令信号１０１を微分し、第１の微分出力１０４を出力し、加算器６が制振信号１０２と微分出力１０４とを加算し、加算出力１０６を生成する。微分器４は、位置指令信号１０１に対応したフィードフォワード制御系を形成し、加減算器８に対しては、位置制御信号１０５と加算出力１０６とを入力している。このように、図４の実施の形態では、微分器４を設けてフィードフォワード制御を採用しているので、位置制御ループのゲインを小さくできる。このフィードフォワード制御は、位置指令信号１０１を微分器４により微分した第１の微分出力１０４をフィードフォワードしているので、速度フィードフォワード制御と称することができる。この図４の第２の実施の形態における微分器７の出力１０７は、前述の第２の微分出力に相当する。
【００４２】
このように、図４の実施の形態では、微分器４を入れ、速度フィードフォワード制御をすることで、駆動制御回路１における速度の応答性をよくしている。フィードバック制御だけでは誤差量がないときにはリニアモータ１２の制御ができないので、結果的に誤差量（位置誤差信号１０３で表される値）が大きくなるが、フィードフォワード制御にすると誤差量がなくても動作するので、誤差量を小さくできる。フィードフォワード制御の採用により、図４の実施の形態における位置制御ループのゲインを小さくしても良好な位置制御を行うことができるため、制振性能と位置制御性能を最適に改善できる。
【００４３】
図４の実施の形態では、駆動制御回路１は、位置指令信号１０１を受けて、位置検出器１３に基づきリニアモータ１２を駆動する駆動機能と、振動状態信号１１１に基づき構造体１６の振動を減衰させる制振機能とを併せ有するステージ駆動制御手段として構成してある。このように、リニアモータ１２および位置検出器１３とともに、この駆動制御回路１を備えて構成されるステージ駆動制御方式は、アクティブマスダンパ用のアクチュエータ及び錘を不要とする。従って、図４の実施の形態は、小型化と製造コストの低減とを可能にする。
【００４４】
図５及び図６に示した従来の例では錘１９を備えているが、以上に述べたところから明らかなように、本発明ではステージ１５が図５及び図６の錘１９の役割をする。ステージ１５は重く、十分に錘の役割を果たすので、本発明では錘を省略できる。
【００４５】
以上、実施の形態を挙げ本発明を具体的に説明したが、本発明がこれらの実施の形態に限定されるものでないことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施形態であるステージ駆動制御方式を備えるリニアモータシステム示すブロック図である。
【図２】リニアモータを構造体１６上に設置した状態の図１のリニアモータシステムを示す模式図である。
【図３】リニアモータの動作が加速モード、定速モードおよび減速モードであるときにおける構造体の振動状態を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態であるステージ駆動制御方式を備えるリニアモータシステムを示すブロック図である。
【図５】従来のステージ駆動制御方式を備えるリニアモータシステムを示すブロック図である。
【図６】図５のリニアモータシステム示す外観模式図である。
【符号の説明】
【００４７】
１，２１    駆動制御回路
２，２２    アクティブマスダンパ制御器
３，２８    減算器
４，７    微分器
５    位置制御器
６    加算器
８    加減算器
９    速度制御器
１０    増幅器
１１    振動検出器
１２    リニアモータ
１３    位置検出器
１４    リニアモータの固定子
１５    リニアモータのステージ（可動子）
１６    構造体
１７    除振マウント
１８    アクチュエータ
１９    錘
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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